JP3758073B2 - 排ガスの処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素酸化物（以下、ＮＯx と言う）を含み、ＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する、火葬炉排ガス等の排ガスを処理する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火葬炉すなわち火葬場の焼却炉から排出されるガスは、大量のＮＯx を含有するほか、特有の臭気成分をも含む。この臭気成分は、アンモニア、硫黄化合物、硫化水素、含イオウ有機化合物、含窒素有機化合物、ハイドロカーボン等からなっている。火葬炉の排ガスは近時、ダイオキシン類をも含むことがあり得る。
【０００３】
火葬炉排ガス中のＮＯx を除去する脱硝技術として、無触媒下でＮＯx をアンモニアで還元処理して水と窒素に転化する方法（特公昭５０−２３６６４号公報）があるが、この方法は、ＮＯx 除去効率が低く、しかも、火葬炉排ガス中の臭気成分を除去することが出来ない。火葬炉排ガス中の臭気成分を除去するために、主燃焼室の後流側に再燃焼室を設けて、臭気成分を熱酸化する方法が知られている（特開昭５３−５９２７０号公報）が、前記臭気成分は再燃焼を行っても除去しきれない場合が多い。近年、火葬焼却処理施設は生活地域に隣接して建設されることが多くなってきたので、上記再燃焼（熱酸化）による脱臭では除去できない微かな臭気に対する高度な脱臭処理技術が求められている。
【０００４】
しかも、上記近時の事情から、火葬炉排ガスの処理については、ダイオキシン類の除去も求められている。すなわち、火葬炉排ガス中には前記有害物質以外に、人体にとって有害な有機塩素化合物、特にダイオキシン類が含まれることが調査され報告されている。しかしながら、現状の火葬炉の排ガス処理においては排ガス中の有害な有機塩素化合物、特にダイオキシン類（ポリ塩素化ジベンゾダイオキシンやポリ塩素化ジベンゾフラン等）の除去に関しては実効的な考慮がなされていない。すなわち、従来の焼却炉排ガスで使われているダイオキシン類除去方法である活性炭吸着法では、低温度域ではダイオキシン類が吸着されるが、高温度域では吸着されたダイオキシン類がそのまま放出されることとなり、火葬炉排ガス中のダイオキシン類を活性炭吸着法で処理するには問題があるからである。
【０００５】
通常の焼却炉で用いられている触媒を使用してダイオキシン類を処理する場合、火葬炉排ガス処理では稼働時間が短いため、処理するために必要とする温度を触媒に受熱する前に火葬炉の１バッチの稼働が終わってしまうという問題点がある。
火葬炉排ガス中に含まれるダスト成分は、通常のごみ焼却炉排ガスや産廃焼却炉排ガスに含まれるダストと異なり、触媒への被毒性が非常に高いため、耐久性に優れた触媒が必要とされる。さらに、火葬炉排ガス中のダストは付着性が強いため、触媒を使用する場合、ダストによる閉塞を防止しなければならないという問題がある。
【０００６】
火葬炉においても、通常の焼却炉と同様に、触媒を集塵機よりも後側に設置すると、耐被毒性は多少改善される。しかし、排ガス温度が低温であるので、触媒でダイオキシン類を処理する前に排ガスを再加熱することを必要とし、処理装置等の設備コストおよびランニングコストが高くなるという問題点をかかえている。
【０００７】
他方、火葬炉は、バッチ炉であり、各バッチ（処理単）ごとに負荷量が異なるので、この面でも難しい問題を抱えている。すなわち、バッチ炉である火葬炉から出る排ガスは、ＮＯx 濃度と排ガス温度が短時間で急激に変動する。図１は火葬炉から出る排ガスのＮＯx 濃度と排ガス温度の運転時間経過による変化を表している。負荷量がこのように急激に変動する排ガスにおけるＮＯx 還元処理の場合、処理効率を上げるためにアンモニアを導入する際のアンモニア量の制御条件が極めて厳しいと言う問題もあるのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上の事情に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、ＮＯx を含み、ＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する、火葬炉排ガスを処理する際におけるＮＯx 除去効率の大幅な向上と臭気成分および／またはダイオキシン類の充分な除去を可能とする処理装置を提供することにある。
【０００９】
本発明は、このような場合のＮＯx 除去効率の向上をも課題とし、併せて、アンモニア量制御の容易化をも課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する火葬炉排ガスの処理については、上に見たように、これまで、触媒を使用して脱硝と脱臭を同時処理する技術はなかった。そこで、本発明者は、前述の課題を解決するために、触媒を使用して排ガスの脱硝と脱臭および／または脱ダイオキシン類を同時に行うことを考え、実験をしてみると、ＮＯx 除去と臭気成分および／またはダイオキシン類除去を同時に行うことが出来ることを見いだした。また、排ガスを処理する際にアンモニアを導入してＮＯx の還元を行えば、より除去効率が向上することを見いだした。そして、主燃焼室と再燃焼室を備えた火葬炉における、前記再燃焼室の後流側に最適温度域を設置して、上記触媒の上流側の排ガス中にアンモニアを導入し、効率よく処理できることを見いだした。
【００１１】
ところで、火葬炉排ガス以外の排ガス、例えば、自動車等の内燃機関、ガスタービン、ゴミ焼却炉、都市清掃施設、都市浄水施設および汚泥処理施設から出る排ガスや各種工場の排ガスに含まれているＮＯx を除去する脱硝技術について見ると、ＮＯx の除去効率を上げるために脱硝触媒を使用することは広く知られており、例えば、特開昭５０−６５４６６号公報記載の選択的還元脱硝法、すなわち、触媒を使用してアンモニアの導入下でＮＯx を水と窒素に転化する選択還元脱硝法などがある。これらの脱硝処理に使用される触媒も多種多様に知られているのである。
【００１２】
しかし、火葬炉排ガス特有のＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する場合における、アンモニアの導入による還元処理には、制御技術上の大きな問題があって、選択的還元脱硝法が採用されていない。すなわち、アンモニア導入量を多くすると、ＮＯx 除去効率は高くなるものの、未反応アンモニア量が多くなるため、ＮＯx 除去後の排ガスにアンモニア臭が強く残ると言うリークＮＨ3 問題が生じる。そこで、このリークＮＨ3 問題の発生を抑えるために、ＮＨ3 ／ＮＯx （モル比）を１以下にする精密制御が必要とされるが、前述の選択的還元触媒脱硝法に適用されている一般的な制御法ではこの精密制御を行うことが困難である。火葬炉排ガスに見られるＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する場合における、アンモニアの導入による還元処理において前述の選択的還元触媒脱硝法が採用されている例はない。
【００１３】
本発明者は、リークＮＨ3 問題を解決するために、さらに実験、研究を続けた。その結果、排ガス処理を前段と後段の２つの工程に分け、前段工程ではアンモニア導入下での通常の脱硝処理を行い、後段工程では前記前段工程で処理しきれなかったＮＯx を未反応のまま残存するアンモニアと反応させてＮＯx を充分に還元すると同時にリークするアンモニアの残存を防ぐようにすることを考え、この考えが正しいことを実験により確かめた。
【００１４】
本発明は以上のようにして完成された。
したがって、本発明にかかる排ガスの処理装置は、窒素酸化物を含み、その濃度と温度が短時間で急激に変動する排ガスを処理する装置であって、下記の（１）を特徴とする。
（１）前記排ガスが火葬炉排ガスであり、前記排ガスを処理するための触媒層を備えていることを特徴とする。
【００１５】
さらに上記（１）の具体的な形態として、本発明にかかる排ガスの処理装置は、窒素酸化物を含み、その濃度と温度が短時間で急激に変動する排ガスを処理する装置であって、下記の（２）〜（４）のいずれかを特徴とする。
（２）前記排ガスを処理するための脱硝触媒層を前段と後段に備えているとともに、前記排ガスが窒素酸化物のほかに臭気成分および／またはダイオキシン類をも含む火葬炉排ガスであり、排ガスを処理する際にアンモニアを導入して、前段の脱硝触媒で前記窒素酸化物を還元処理したあと後段の脱硝触媒で未反応の窒素酸化物を未反応のアンモニアで還元処理するとともに、前記前段および／または後段の脱硝触媒により前記排ガス中の臭気成分および／またはダイオキシン類の除去処理をも同時に行うことを特徴とする。
【００１６】
（３）前記排ガスが火葬炉排ガスであり、排ガスを処理するための脱硝触媒層を前段と後段に備えているとともに、排ガスを処理する際にアンモニアを導入して、前段の脱硝触媒で前記窒素酸化物を還元処理したあと後段の脱硝触媒で未反応の窒素酸化物を未反応のアンモニアで還元処理することを特徴とする。
（４）前記排ガスを処理するための脱硝触媒層を前段と後段に備えているとともに、前記排ガスが窒素酸化物のほかに臭気成分および／またはダイオキシン類をも含む火葬炉排ガスであり、排ガスを処理する際にアンモニアを導入して、下記に示す前段の脱硝触媒で前記窒素酸化物を還元処理したあと下記に示す後段の脱硝触媒で未反応の窒素酸化物を未反応のアンモニアで還元処理するとともに、前記前段および／または後段の脱硝触媒により前記排ガス中の臭気成分およびダイオキシン類の除去処理をも同時に行うことを特徴とする、排ガスの処理装置。
前段の脱硝触媒：下記のＡ成分とＢ成分を混合、焼成して得られる触媒。
Ａ成分：バナジウム、タングステンおよびモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｂ成分：チタン、ケイ素およびジルコニウムから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
後段の脱硝触媒：下記のＡ成分とＢ成分を混合、焼成して得られた担体触媒に下記のＣ成分および／またはＤ成分を担持させてなる触媒。
Ａ成分：バナジウム、タングステンおよびモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｂ成分：チタン、ケイ素およびジルコニウムから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｃ成分：白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムから選ばれる少なくとも１種の貴金属および／またはその化合物。
Ｄ成分：銅、鉄、マンガン、クロム、コバルト、セリウムおよびニッケルから選ばれる少なくとも１種の金属および／またはその化合物。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる火葬炉排ガスの処理装置は、アンモニアを導入した上で、触媒を使用して排ガスの脱硝と脱臭および／または脱ダイオキシン類を同時に行うが、前記触媒としては後述する特定の脱硝触媒が用いられている。上記ダイオキシン類とは、ポリ塩素化ジベンゾ−パラ−ダイオキシン（いわゆるダイオキシン）の他、ポリ塩素化ジベンゾフラン等の毒性有機塩素化合物を含む意である。
【００１８】
この排ガス処理は、火葬炉に適用する場合には、主燃焼室と再燃焼室を備えた火葬炉における前記再燃焼室の後流側で実施される。すなわち、再燃焼室の後流側に最適温度域（好ましくは１０〜５５０℃、さらに好ましくは１００〜５５０℃、さらにより好ましくは２００〜５５０℃の温度領域）を備えておき、この最適温度域において、必要に応じアンモニアを導入した上で、触媒を使用して排ガスの脱硝と脱臭を行う手段を設けておき、排ガスの脱硝と脱臭および／または脱ダイオキシン類を同時に行うのである。
【００１９】
図２は、本発明の排ガス処理装置を火葬炉に適用する場合を具体的に示している。本発明の排ガス処理装置は、例えば、図３に示すように、主燃焼室１と再燃焼室２を備えた火葬炉の前記再燃焼室２の後流側に最適温度域（好ましくは１０〜５５０℃、さらに好ましくは１００〜５５０℃、さらにより好ましくは２００〜５５０℃の温度領域）を設置しておき、この最適温度域に、前段の脱硝触媒層３と後段の脱硝触媒層４を設けておいて、アンモニアを導入した上で、触媒を使用して排ガスの脱硝と脱臭および／または脱ダイオキシン類を行う手段を設けておき、排ガスの脱硝と脱臭および／または脱ダイオキシン類を同時に行うのである。
【００２０】
本発明の排ガス処理装置では、ＮＯx を含み、ＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する排ガスを処理する際に、例えば、図３に示したような２段の触媒層を用いる場合、アンモニアを導入して、前段の脱硝触媒で前記窒素酸化物を還元処理したあと、後段の脱硝触媒で未反応の窒素酸化物を未反応のアンモニアで還元処理する。または、後段触媒上でＮＯx が存在せず、未反応のアンモニアのみが存在しても、これを分解処理する。
【００２１】
上記アンモニアの導入方法については、特に限定はないが、本発明の排ガス処理装置では、手動で制御なしの一定注入方法が、簡便であるため好ましく、このような注入方法であっても、ＮＯx の還元処理に問題が生じることはない。
本発明において、ＮＯx 濃度と排ガス温度が短時間で急激に変動するとは、例えば、排ガス量が５分間に５０ｐｐｍ以上変動することを言い、且つ、変動パタ−ンが不確定変動であることを言う。排ガス温度が５分間に３００℃以上変動することを言うが、特に限定する訳ではない。
【００２２】
火葬炉排ガスは、触媒毒を多く含むため、触媒の耐久性が問題になるが、この問題は、必須成分としてバナジウム、タングステン、モリブデンよりなる群から選ばれた少なくとも１種の金属酸化物を含む脱硝触媒を使用すれば解消できる。他方、火葬炉排ガスの処理においては、ダストによる目詰まりも問題となるが、この問題は後述する開口率の調整で解決できる。
【００２３】
以下に、本発明の排ガス処理装置の一つの形態である、図３に示した装置における、前段脱硝触媒層３と後段脱硝触媒層４で用いられる脱硝触媒を詳しく説明する。前段で用いられる脱硝触媒としては、以下のＡ成分とＢ成分を混合、焼成して得られる脱硝触媒が用いられる。
【００２４】
Ａ成分：バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｂ成分：チタン（Ｔｉ）、ケイ素（Ｓｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）から選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
上記Ｂ成分としては、例えば、Ｔｉの単独酸化物が好ましく、ＴｉとＳｉの２元系複合酸化物、ＴｉとＺｒの２元系複合酸化物、ＴｉとＳｉとＺｒの３元系複合酸化物がより好ましい。Ｂ成分としては、ＴｉとＳｉとＷの３元系複合酸化物であっても良い。
【００２５】
上記Ａ成分とＢ成分の相互割合については、特に限定はないが、Ａ成分の割合は、Ａ成分とＢ成分の合計量に対して、酸化物の形で、０．５〜３０重量％、好ましくは１〜２０重量％である。
この前段脱硝触媒は、高いＮＯx 除去性能を有するほか、上記Ａ成分を含むため、ＮＯx 負荷変動時の追従性に優れ、しかも、Ｐ、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ等の触媒毒成分からなる特有のダストを含む火葬炉排ガスに対しても耐久性に優れるので、本発明において好ましく用いられる。
【００２６】
後段で用いられる脱硝触媒は、上記Ａ成分とＢ成分からなる前段脱硝触媒を担体触媒として、これに、下記のＣ成分および／またはＤ成分を担持させてなる脱硝触媒が用いられる。
Ｃ成分：白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムから選ばれる少なくとも１種の貴金属および／またはその化合物。
【００２７】
Ｄ成分：銅、鉄、マンガン、クロム、コバルト、セリウムおよびニッケルから選ばれる少なくとも１種の金属および／またはその化合物。
上記Ｃ成分および／またはＤ成分の担持は含浸させて行うのが好ましい。
後段脱硝触媒において、Ｃ成分は、担体たる前記前段脱硝触媒に対し、金属として０. ００１〜５重量％、より好ましくは０. ００５〜２. ５重量％含ませており、Ｄ成分は、酸化物の形で、０. ５〜３０重量％、より好ましくは１〜２０重量％含ませている。後段脱硝触媒において、Ｃ成分とＤ成分は双方ともに含ませても良い。
【００２８】
この後段脱硝触媒は、高いＮＯx 除去性能と高い脱臭性能を有し、特に高いアンモニア除去性能を有し、加えて、Ｐ、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ等の触媒毒成分からなる特有のダストを含む火葬炉等の排ガスに対して、耐久性に優れるので、本発明において好ましく用いられる。
前段脱硝触媒および後段脱硝触媒（以下、脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒と言う）の物性と形状は、ＮＯx 、未反応アンモニアおよび臭気成分の除去性能に大きな影響を与える。
【００２９】
脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒のＢＥＴ表面積は、低すぎるとＮＯx の除去性能が低く、耐久性も低下するので、３０ｍ2 ／ｇ以上が好ましく、他方、高すぎると、初期活性は高いが触媒性能の経時変化が大きくなることがあるので、１０００ｍ2 ／ｇ以下が好ましい。特に好ましいＢＥＴ表面積範囲は４０〜３００ｍ2 ／ｇである。
【００３０】
脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒の開口率は６５〜９０％が好ましく、６５〜８５％がより好ましい。開口率６５％未満の場合、火葬炉排ガスにおいてはダストが存在するため、ダストによる目詰まりが生じ、圧力損失が著しく上昇すると同時に、相対的に触媒の幾何学的表面積が低下するのでＮＯx の低下を招き、好ましくない。開口率が９０％を越える場合、触媒物質の厚さが相対的に低下し、ＮＯx 除去率の低下を招き好ましくない。
【００３１】
脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒の形状としては、ハニカム状が一般的であるが、ほかに、円柱状、円筒状、板状、リボン状、波板状、パイプ状等が適宜選ばれる。特に、ハニカム状等の触媒断面形状が触媒入口から出口まで同じ形状で形成されており、ダストが触媒中をす通りする形状である、いわゆるダストフリータイプの形状を有する脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒は、ダストの存在する火葬炉排ガス処理において、ダストが触媒層を通過できるので、圧力損失の増大や性能の低下も招かず円滑な操業が可能となり、好ましい結果を与える。
【００３２】
脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒を用いる際の最適温度域は、好ましくは１０〜５５０℃であり、さらに好ましくは１００〜５５０℃であり、さらにより好ましくは２００〜５５０℃であり、最も好ましくは３００〜４００℃である。温度が低すぎる場合には、活性が低く、十分な効果が得られず、排ガス中に含まれるＳＯx の被毒により触媒寿命も短くなる。他方、温度が高すぎる場合には、アンモニア酸化によってＮＯx が発生し、脱硝効率が低下、熱による劣化により触媒寿命が短くなる。
【００３３】
本発明に係る処理装置において用いる脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒は、上述のように、その特徴ある触媒成分および構成により、優れた臭気成分および／またはダイオキシン類の除去効果を有する。これら両触媒層は、ともに、窒素酸化物除去効果、脱臭効果、ダイオキシン類除去効果に対する性能に優れており、特に後者の触媒層は脱臭効果により優れた性能を発揮できる。なお、例えば、より高濃度のダイオキシン類を除去する場合や、窒素酸化物や臭気成分等の有害物質をより効果的に除去したい場合には、必要に応じて、２段以上の形態をとってもよい。また、必要に応じて、アンモニアを排ガスに導入して窒素酸化物を還元する等の公知技術を本発明の実施形態に適用してもよい。
【００３４】
火葬炉排ガス処理プロセスでは、一般に、主燃焼室と再燃焼室があり、その後流側にダスト除去のための集塵機（バグフィルターまたは電気集塵機）が設置されていて、排ガスは、その後側で、煙突をへて大気に放出される。そこで、上記本発明の排ガス処理方法では、その前段工程と後段工程を、再燃焼室より後流側で行えばよい。後段工程のための手段は、ＮＯx と臭気成分の同時除去を行うための最適温度域があれば、その位置に設置することが好ましい。この最適温度域がない場合は、冷却器または昇温器を設けて、排ガスを最適温度範囲に調節してから、後段工程を行うことが好ましい。
【００３５】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
〔実施例１〜５〕
実施例１〜５の説明に先立ち、ＮＯx の濃度が短時間で急激に変動する排ガス（ＮＯx 負荷変動排ガス）について説明する。
【００３６】
ＮＯx の最高濃度、稼働途中のＮＯx 濃度の変動状況、排ガス温度、１バッチの稼働時間は、各バッチ毎に異なる。１バッチの稼働時間は、短いもので約２０分間、長いもので約９０分間であり、各バッチ毎に異なる。
火葬炉排ガスは、ＮＯx 負荷変動排ガスの一例であって、一つのバッチにおけるＮＯx 濃度と排ガス温度の変動パターンを図１に示す。
【００３７】
火葬炉排ガス中のＮＯx 濃度は、初期の５分〜１０分間で急激に最高となるが、この最高濃度は各バッチ毎に異なる。例えば、図１では現在、１００ｐｐｍとなっているが、最高濃度は高い場合で約２００ｐｐｍ、低い場合で約５０ｐｐｍである。この後、ＮＯx 濃度は、最高濃度の半分程度まで減少を示し、１５分〜２０分以降は３０〜１００ｐｐｍの間で高低変動し、約４０分〜６０分後に１バッチが終了する。
【００３８】
火葬炉排ガスの温度は、初期の１０分間で約３００℃まで急激に上昇し、その後は徐々にではあるが更に上昇を続け、約４０分後経過した時点から急激に降下し始める。排ガス温度の変動状況も、各バッチ毎に異なる。
以下のようにして、前段脱硝触媒と後段脱硝（脱臭）触媒を調製して、排ガス処理装置の前段と後段に充填した。
【００３９】
Ｔｉ、Ｓｉを８４：１６の重量割合で含む２元系複合酸化物にＶ、Ｗを含む酸化物を混合し、混練り成型し、５００℃で５〜６時間焼成してハニカム成型体触媒からなる前段脱硝触媒を得た。この前段脱硝触媒は、組成がＴｉ−Ｓｉ２元系複合酸化物：Ｖ2 Ｏ5 ：ＷＯ3 ＝８８. ０：７. ０：５. ０（重量比）であり、外形１５０角、目開き３. ２ｍｍ、肉厚０. ５ｍｍ、開口率７２％であった。
【００４０】
上記２元系複合酸化物にＶ、Ｗを含む酸化物を混合して同様に成型、焼成して得たハニカム成型体に、Ｐｄ化合物溶液を含浸担持させて、後段のハニカム状脱硝（脱臭）触媒を得た。この後段脱硝触媒は、組成がＴｉ−Ｓｉ二元系複合酸化物：Ｖ2 Ｏ5 ：ＷＯ3 ：Ｐｄ＝８７. ２５：７. ０：５. ０：０. ７５（重量比）であり、外形１５０角、目開き３. ２ｍｍ、肉厚０. ５ｍｍ、開口率７２％であった。
【００４１】
この排ガス処理装置に図１の火葬炉排ガスを通すとともに、装置入口部より還元剤としてアンモニア水を導入し、排ガス中に含まれるＮＯx と臭気成分の除去を行った。この場合、前段触媒層でのＳＶ（空間速度）は１４４００ｈ-1、後段触媒層でのＳＶは７２００ｈ-1、排ガス線速（ＬＶ）は２Ｎｍ／ｓｅｃ（空塔）とした。
【００４２】
アンモニア水の導入制御を以下のようにして行った。すなわち、初期の５分〜１０分間で示すＮＯx の最高濃度を１００ｐｐｍに固定し、このＮＯx 濃度に対する所定モル比０．５〜０．９のＮＨ3 濃度５０〜９０ｐｐｍ分に相当するアンモニア水量を算出し、このアンモニア水を運転開始から停止するまで一定注入した。つまり、制御方法を簡略化するために、制御なしの一定注入方式でアンモニア水の導入を行った。
【００４３】
触媒層出口のアンモニア濃度は、自動アンモニア分析計で連続測定し、運転中の最高濃度で示す。
ＮＯx 除去率と脱臭効率は以下のようにして測定した。
ＮＯ x 除去率の測定
ＮＯx 濃度が絶えず変動する条件下なので、触媒層入口ＮＯx 濃度と触媒層出口ＮＯx 濃度を自動ＮＯx 分析計で１秒に１回読みとる形で連続的に測定し、アンモニア水導入の開始から停止までの間の入口、出口の平均ＮＯx 濃度を求めて、下式で、ＮＯx 除去率を算出した。
【００４４】
脱臭効率の測定
臭気官能試験法（三点比較式臭袋法）によって、触媒層入口の排ガスと触媒層出口の排ガスを同時に捕集し、アンモニア濃度（臭気濃度）を分析して、下式で、脱臭効率を算出した。
【００４５】
この実施例１〜５における、排ガス処理条件は以下の様であった。測定結果を表１に示した。
最高ＮＯx 濃度 ８０〜１１０ｐｐｍ
平均ＮＯx 濃度 ５０〜６０ｐｐｍ
Ｏ2 濃度 １４〜１９％、ｄｒｙ
Ｈ2 Ｏ濃度 約１０〜１８％
ガス温度 ６０〜４３０℃（アンモニア水導入中：２００〜４３０℃）
また、実施例５においてのダイオキシン類分解率の測定結果を表２に示した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
以下では、触媒層を前段と後段に分けないで１段のみとした例を参考例として示す。
〔参考例１〕
Ｔｉ、Ｓｉを８４：１６の重量割合で含む２元系複合酸化物にＶ、Ｗを含む酸化物を混合、混練り成型し、５００℃で５〜６時間焼成してハニカム成型体触媒からなる脱硝触媒を得た。この脱硝触媒は組成がＴｉ−Ｓｉ２元系複合酸化物：Ｖ2 Ｏ5 ：ＷＯ3 ＝８８.０：７.０：５.０（重量比）であり、外形１５０ｍｍ角、目開き３.２ｍｍ、肉厚０.５ｍｍ、開口率７２％であった。この脱硝触媒を用いた図４の排ガス処理装置（触媒）に火葬炉排ガスを通煙し、排ガス中に含まれるダイオキシン類の分解除去を行った。この時の触媒層でのＳＶ（空間速度）は７２００ｈ −１ とした。その他の排ガス処理条件は以下のようであり、ダイオキシン類分解率の測定結果は表３に示す。
【００４９】
ＮＯｘ濃度 ８０〜１１０ｐｐｍ、ｄｒｙ
Ｏ2 濃度 １４〜１９％、ｄｒｙ
Ｈ2 Ｏ 約１０〜１８％
ダイオキシン類 ２.４ｎｇ-ＴＥＱ／ｍ3 （normal）
ガス温度 ４０〜４２０℃
〔参考例２〕
参考例１で得られた触媒に、Ｐｄ化合物溶液を含浸担持させ、４５０℃で５〜６時間焼成してなる脱硝触媒を得た。この脱硝触媒の組成はＴｉ−Ｓｉ２元系複合酸化物：Ｖ2 Ｏ5 ：ＷＯ3 ：Ｐｄ＝８７．２５：７.０：５.０：０.７５（重量比）であり、外形１５０ｍｍ角、目開き３.２ｍｍ、肉厚０.５ｍｍ、開口率７２％であった。この脱硝触媒を用いた排ガス処理装置（触媒）に火葬炉排ガスを通煙し、排ガス中に含まれるダイオキシン類の分解除去を行った。この時の触媒層でのＳＶ（空間速度）は７２００h −１ とした。その他の排ガス処理条件は以下のようであり、ダイオキシン類分解率の測定結果は表３に示す。
【００５０】
ＮＯｘ濃度 ８０〜１１０ｐｐｍ、ｄｒｙ
Ｏ2 濃度 １４〜１９％、ｄｒｙ
Ｈ2 Ｏ 約１０〜１８％
ダイオキシン類 １. ５ｎｇ- ＴＥＱ／ｍ3 （normal)
ガス温度 ４０〜４５０℃
【００５１】
【表３】
【００５２】
〔参考例３〕
設定ＮＨ3 ／ＮＯｘモル比を０．５に相当するＮＨ3 水を導入し、ＮＨ3 導入以外の、使用触媒、触媒空間速度、排ガス処理条件は参考例１と同様とした。ＮＨ3 水注入開始時の排ガス温度は１５０℃であり、注入方法は所定モル比を一定注入した。脱硝性能、脱臭性能、および、ダイオキシン類分解率の測定結果等を表４と表５に示した。
〔参考例４〕
設定ＮＨ3 ／ＮＯｘモル比を０．９に相当するＮＨ3 水を導入し、ＮＨ3 導入以外の、使用触媒、触媒空間速度、排ガス処理条件は参考例２と同様とした。ＮＨ3 水注入開始時の排ガス温度は１５０℃であり、注入方法は所定モル比を一定注入した。脱硝性能、脱臭性能、および、ダイオキシン類分解率の測定結果等を表４と表５に示した。
【００５３】
【表４】
【００５４】
【表５】
【００５５】
【発明の効果】
本発明にかかる排ガスの処理装置は、ＮＯx を含み、ＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する、火葬炉排ガスを処理する際におけるＮＯx 除去効率の大幅な向上と臭気成分および／またはダイオキシン類の充分な除去を可能とする。
そして、本発明によれば、上記ＮＯx 除去の際におけるアンモニア量制御が、たとえば、一定注入方法で行うことができ、複雑で高度な制御を必要とせず、容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１で用いた火葬炉排ガスのＮＯx 濃度と排ガス温度の経時変化を示すグラフである。
【図２】 実施例１で用いた前段脱硝触媒入口ＮＯx 濃度と後段脱硝触媒出口ＮＯx 濃度の経時変化を示すグラフである。
【図３】 本発明の排ガス処理装置の一例の概略図である。
【図４】 本発明の参考例として示す排ガス処理装置の一例の概略図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素酸化物（以下、ＮＯx と言う）を含み、ＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する、火葬炉排ガス等の排ガスを処理する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火葬炉すなわち火葬場の焼却炉から排出されるガスは、大量のＮＯx を含有するほか、特有の臭気成分をも含む。この臭気成分は、アンモニア、硫黄化合物、硫化水素、含イオウ有機化合物、含窒素有機化合物、ハイドロカーボン等からなっている。火葬炉の排ガスは近時、ダイオキシン類をも含むことがあり得る。
【０００３】
火葬炉排ガス中のＮＯx を除去する脱硝技術として、無触媒下でＮＯx をアンモニアで還元処理して水と窒素に転化する方法（特公昭５０−２３６６４号公報）があるが、この方法は、ＮＯx 除去効率が低く、しかも、火葬炉排ガス中の臭気成分を除去することが出来ない。火葬炉排ガス中の臭気成分を除去するために、主燃焼室の後流側に再燃焼室を設けて、臭気成分を熱酸化する方法が知られている（特開昭５３−５９２７０号公報）が、前記臭気成分は再燃焼を行っても除去しきれない場合が多い。近年、火葬焼却処理施設は生活地域に隣接して建設されることが多くなってきたので、上記再燃焼（熱酸化）による脱臭では除去できない微かな臭気に対する高度な脱臭処理技術が求められている。
【０００４】
しかも、上記近時の事情から、火葬炉排ガスの処理については、ダイオキシン類の除去も求められている。すなわち、火葬炉排ガス中には前記有害物質以外に、人体にとって有害な有機塩素化合物、特にダイオキシン類が含まれることが調査され報告されている。しかしながら、現状の火葬炉の排ガス処理においては排ガス中の有害な有機塩素化合物、特にダイオキシン類（ポリ塩素化ジベンゾダイオキシンやポリ塩素化ジベンゾフラン等）の除去に関しては実効的な考慮がなされていない。すなわち、従来の焼却炉排ガスで使われているダイオキシン類除去方法である活性炭吸着法では、低温度域ではダイオキシン類が吸着されるが、高温度域では吸着されたダイオキシン類がそのまま放出されることとなり、火葬炉排ガス中のダイオキシン類を活性炭吸着法で処理するには問題があるからである。
【０００５】
通常の焼却炉で用いられている触媒を使用してダイオキシン類を処理する場合、火葬炉排ガス処理では稼働時間が短いため、処理するために必要とする温度を触媒に受熱する前に火葬炉の１バッチの稼働が終わってしまうという問題点がある。
火葬炉排ガス中に含まれるダスト成分は、通常のごみ焼却炉排ガスや産廃焼却炉排ガスに含まれるダストと異なり、触媒への被毒性が非常に高いため、耐久性に優れた触媒が必要とされる。さらに、火葬炉排ガス中のダストは付着性が強いため、触媒を使用する場合、ダストによる閉塞を防止しなければならないという問題がある。
【０００６】
火葬炉においても、通常の焼却炉と同様に、触媒を集塵機よりも後側に設置すると、耐被毒性は多少改善される。しかし、排ガス温度が低温であるので、触媒でダイオキシン類を処理する前に排ガスを再加熱することを必要とし、処理装置等の設備コストおよびランニングコストが高くなるという問題点をかかえている。
【０００７】
他方、火葬炉は、バッチ炉であり、各バッチ（処理単）ごとに負荷量が異なるので、この面でも難しい問題を抱えている。すなわち、バッチ炉である火葬炉から出る排ガスは、ＮＯx 濃度と排ガス温度が短時間で急激に変動する。図１は火葬炉から出る排ガスのＮＯx 濃度と排ガス温度の運転時間経過による変化を表している。負荷量がこのように急激に変動する排ガスにおけるＮＯx 還元処理の場合、処理効率を上げるためにアンモニアを導入する際のアンモニア量の制御条件が極めて厳しいと言う問題もあるのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上の事情に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、ＮＯx を含み、ＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する、火葬炉排ガスを処理する際におけるＮＯx 除去効率の大幅な向上と臭気成分および／またはダイオキシン類の充分な除去を可能とする処理装置を提供することにある。
【０００９】
本発明は、このような場合のＮＯx 除去効率の向上をも課題とし、併せて、アンモニア量制御の容易化をも課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する火葬炉排ガスの処理については、上に見たように、これまで、触媒を使用して脱硝と脱臭を同時処理する技術はなかった。そこで、本発明者は、前述の課題を解決するために、触媒を使用して排ガスの脱硝と脱臭および／または脱ダイオキシン類を同時に行うことを考え、実験をしてみると、ＮＯx 除去と臭気成分および／またはダイオキシン類除去を同時に行うことが出来ることを見いだした。また、排ガスを処理する際にアンモニアを導入してＮＯx の還元を行えば、より除去効率が向上することを見いだした。そして、主燃焼室と再燃焼室を備えた火葬炉における、前記再燃焼室の後流側に最適温度域を設置して、上記触媒の上流側の排ガス中にアンモニアを導入し、効率よく処理できることを見いだした。
【００１１】
ところで、火葬炉排ガス以外の排ガス、例えば、自動車等の内燃機関、ガスタービン、ゴミ焼却炉、都市清掃施設、都市浄水施設および汚泥処理施設から出る排ガスや各種工場の排ガスに含まれているＮＯx を除去する脱硝技術について見ると、ＮＯx の除去効率を上げるために脱硝触媒を使用することは広く知られており、例えば、特開昭５０−６５４６６号公報記載の選択的還元脱硝法、すなわち、触媒を使用してアンモニアの導入下でＮＯx を水と窒素に転化する選択還元脱硝法などがある。これらの脱硝処理に使用される触媒も多種多様に知られているのである。
【００１２】
しかし、火葬炉排ガス特有のＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する場合における、アンモニアの導入による還元処理には、制御技術上の大きな問題があって、選択的還元脱硝法が採用されていない。すなわち、アンモニア導入量を多くすると、ＮＯx 除去効率は高くなるものの、未反応アンモニア量が多くなるため、ＮＯx 除去後の排ガスにアンモニア臭が強く残ると言うリークＮＨ3 問題が生じる。そこで、このリークＮＨ3 問題の発生を抑えるために、ＮＨ3 ／ＮＯx （モル比）を１以下にする精密制御が必要とされるが、前述の選択的還元触媒脱硝法に適用されている一般的な制御法ではこの精密制御を行うことが困難である。火葬炉排ガスに見られるＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する場合における、アンモニアの導入による還元処理において前述の選択的還元触媒脱硝法が採用されている例はない。
【００１３】
本発明者は、リークＮＨ3 問題を解決するために、さらに実験、研究を続けた。その結果、排ガス処理を前段と後段の２つの工程に分け、前段工程ではアンモニア導入下での通常の脱硝処理を行い、後段工程では前記前段工程で処理しきれなかったＮＯx を未反応のまま残存するアンモニアと反応させてＮＯx を充分に還元すると同時にリークするアンモニアの残存を防ぐようにすることを考え、この考えが正しいことを実験により確かめた。
【００１４】
本発明は以上のようにして完成された。
したがって、本発明にかかる排ガスの処理装置は、窒素酸化物を含み、その濃度と温度が短時間で急激に変動する排ガスを処理する装置であって、下記の（１）を特徴とする。
（１）前記排ガスが火葬炉排ガスであり、前記排ガスを処理するための触媒層を備えていることを特徴とする。
【００１５】
さらに上記（１）の具体的な形態として、本発明にかかる排ガスの処理装置は、窒素酸化物を含み、その濃度と温度が短時間で急激に変動する排ガスを処理する装置であって、下記の（２）〜（４）のいずれかを特徴とする。
（２）前記排ガスを処理するための脱硝触媒層を前段と後段に備えているとともに、前記排ガスが窒素酸化物のほかに臭気成分および／またはダイオキシン類をも含む火葬炉排ガスであり、排ガスを処理する際にアンモニアを導入して、前段の脱硝触媒で前記窒素酸化物を還元処理したあと後段の脱硝触媒で未反応の窒素酸化物を未反応のアンモニアで還元処理するとともに、前記前段および／または後段の脱硝触媒により前記排ガス中の臭気成分および／またはダイオキシン類の除去処理をも同時に行うことを特徴とする。
【００１６】
（３）前記排ガスが火葬炉排ガスであり、排ガスを処理するための脱硝触媒層を前段と後段に備えているとともに、排ガスを処理する際にアンモニアを導入して、前段の脱硝触媒で前記窒素酸化物を還元処理したあと後段の脱硝触媒で未反応の窒素酸化物を未反応のアンモニアで還元処理することを特徴とする。
（４）前記排ガスを処理するための脱硝触媒層を前段と後段に備えているとともに、前記排ガスが窒素酸化物のほかに臭気成分および／またはダイオキシン類をも含む火葬炉排ガスであり、排ガスを処理する際にアンモニアを導入して、下記に示す前段の脱硝触媒で前記窒素酸化物を還元処理したあと下記に示す後段の脱硝触媒で未反応の窒素酸化物を未反応のアンモニアで還元処理するとともに、前記前段および／または後段の脱硝触媒により前記排ガス中の臭気成分およびダイオキシン類の除去処理をも同時に行うことを特徴とする、排ガスの処理装置。
前段の脱硝触媒：下記のＡ成分とＢ成分を混合、焼成して得られる触媒。
Ａ成分：バナジウム、タングステンおよびモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｂ成分：チタン、ケイ素およびジルコニウムから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
後段の脱硝触媒：下記のＡ成分とＢ成分を混合、焼成して得られた担体触媒に下記のＣ成分および／またはＤ成分を担持させてなる触媒。
Ａ成分：バナジウム、タングステンおよびモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｂ成分：チタン、ケイ素およびジルコニウムから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｃ成分：白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムから選ばれる少なくとも１種の貴金属および／またはその化合物。
Ｄ成分：銅、鉄、マンガン、クロム、コバルト、セリウムおよびニッケルから選ばれる少なくとも１種の金属および／またはその化合物。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる火葬炉排ガスの処理装置は、アンモニアを導入した上で、触媒を使用して排ガスの脱硝と脱臭および／または脱ダイオキシン類を同時に行うが、前記触媒としては後述する特定の脱硝触媒が用いられている。上記ダイオキシン類とは、ポリ塩素化ジベンゾ−パラ−ダイオキシン（いわゆるダイオキシン）の他、ポリ塩素化ジベンゾフラン等の毒性有機塩素化合物を含む意である。
【００１８】
この排ガス処理は、火葬炉に適用する場合には、主燃焼室と再燃焼室を備えた火葬炉における前記再燃焼室の後流側で実施される。すなわち、再燃焼室の後流側に最適温度域（好ましくは１０〜５５０℃、さらに好ましくは１００〜５５０℃、さらにより好ましくは２００〜５５０℃の温度領域）を備えておき、この最適温度域において、必要に応じアンモニアを導入した上で、触媒を使用して排ガスの脱硝と脱臭を行う手段を設けておき、排ガスの脱硝と脱臭および／または脱ダイオキシン類を同時に行うのである。
【００１９】
図２は、本発明の排ガス処理装置を火葬炉に適用する場合を具体的に示している。本発明の排ガス処理装置は、例えば、図３に示すように、主燃焼室１と再燃焼室２を備えた火葬炉の前記再燃焼室２の後流側に最適温度域（好ましくは１０〜５５０℃、さらに好ましくは１００〜５５０℃、さらにより好ましくは２００〜５５０℃の温度領域）を設置しておき、この最適温度域に、前段の脱硝触媒層３と後段の脱硝触媒層４を設けておいて、アンモニアを導入した上で、触媒を使用して排ガスの脱硝と脱臭および／または脱ダイオキシン類を行う手段を設けておき、排ガスの脱硝と脱臭および／または脱ダイオキシン類を同時に行うのである。
【００２０】
本発明の排ガス処理装置では、ＮＯx を含み、ＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する排ガスを処理する際に、例えば、図３に示したような２段の触媒層を用いる場合、アンモニアを導入して、前段の脱硝触媒で前記窒素酸化物を還元処理したあと、後段の脱硝触媒で未反応の窒素酸化物を未反応のアンモニアで還元処理する。または、後段触媒上でＮＯx が存在せず、未反応のアンモニアのみが存在しても、これを分解処理する。
【００２１】
上記アンモニアの導入方法については、特に限定はないが、本発明の排ガス処理装置では、手動で制御なしの一定注入方法が、簡便であるため好ましく、このような注入方法であっても、ＮＯx の還元処理に問題が生じることはない。
本発明において、ＮＯx 濃度と排ガス温度が短時間で急激に変動するとは、例えば、排ガス量が５分間に５０ｐｐｍ以上変動することを言い、且つ、変動パタ−ンが不確定変動であることを言う。排ガス温度が５分間に３００℃以上変動することを言うが、特に限定する訳ではない。
【００２２】
火葬炉排ガスは、触媒毒を多く含むため、触媒の耐久性が問題になるが、この問題は、必須成分としてバナジウム、タングステン、モリブデンよりなる群から選ばれた少なくとも１種の金属酸化物を含む脱硝触媒を使用すれば解消できる。他方、火葬炉排ガスの処理においては、ダストによる目詰まりも問題となるが、この問題は後述する開口率の調整で解決できる。
【００２３】
以下に、本発明の排ガス処理装置の一つの形態である、図３に示した装置における、前段脱硝触媒層３と後段脱硝触媒層４で用いられる脱硝触媒を詳しく説明する。前段で用いられる脱硝触媒としては、以下のＡ成分とＢ成分を混合、焼成して得られる脱硝触媒が用いられる。
【００２４】
Ａ成分：バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｂ成分：チタン（Ｔｉ）、ケイ素（Ｓｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）から選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
上記Ｂ成分としては、例えば、Ｔｉの単独酸化物が好ましく、ＴｉとＳｉの２元系複合酸化物、ＴｉとＺｒの２元系複合酸化物、ＴｉとＳｉとＺｒの３元系複合酸化物がより好ましい。Ｂ成分としては、ＴｉとＳｉとＷの３元系複合酸化物であっても良い。
【００２５】
上記Ａ成分とＢ成分の相互割合については、特に限定はないが、Ａ成分の割合は、Ａ成分とＢ成分の合計量に対して、酸化物の形で、０．５〜３０重量％、好ましくは１〜２０重量％である。
この前段脱硝触媒は、高いＮＯx 除去性能を有するほか、上記Ａ成分を含むため、ＮＯx 負荷変動時の追従性に優れ、しかも、Ｐ、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ等の触媒毒成分からなる特有のダストを含む火葬炉排ガスに対しても耐久性に優れるので、本発明において好ましく用いられる。
【００２６】
後段で用いられる脱硝触媒は、上記Ａ成分とＢ成分からなる前段脱硝触媒を担体触媒として、これに、下記のＣ成分および／またはＤ成分を担持させてなる脱硝触媒が用いられる。
Ｃ成分：白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムから選ばれる少なくとも１種の貴金属および／またはその化合物。
【００２７】
Ｄ成分：銅、鉄、マンガン、クロム、コバルト、セリウムおよびニッケルから選ばれる少なくとも１種の金属および／またはその化合物。
上記Ｃ成分および／またはＤ成分の担持は含浸させて行うのが好ましい。
後段脱硝触媒において、Ｃ成分は、担体たる前記前段脱硝触媒に対し、金属として０. ００１〜５重量％、より好ましくは０. ００５〜２. ５重量％含ませており、Ｄ成分は、酸化物の形で、０. ５〜３０重量％、より好ましくは１〜２０重量％含ませている。後段脱硝触媒において、Ｃ成分とＤ成分は双方ともに含ませても良い。
【００２８】
この後段脱硝触媒は、高いＮＯx 除去性能と高い脱臭性能を有し、特に高いアンモニア除去性能を有し、加えて、Ｐ、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ等の触媒毒成分からなる特有のダストを含む火葬炉等の排ガスに対して、耐久性に優れるので、本発明において好ましく用いられる。
前段脱硝触媒および後段脱硝触媒（以下、脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒と言う）の物性と形状は、ＮＯx 、未反応アンモニアおよび臭気成分の除去性能に大きな影響を与える。
【００２９】
脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒のＢＥＴ表面積は、低すぎるとＮＯx の除去性能が低く、耐久性も低下するので、３０ｍ2 ／ｇ以上が好ましく、他方、高すぎると、初期活性は高いが触媒性能の経時変化が大きくなることがあるので、１０００ｍ2 ／ｇ以下が好ましい。特に好ましいＢＥＴ表面積範囲は４０〜３００ｍ2 ／ｇである。
【００３０】
脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒の開口率は６５〜９０％が好ましく、６５〜８５％がより好ましい。開口率６５％未満の場合、火葬炉排ガスにおいてはダストが存在するため、ダストによる目詰まりが生じ、圧力損失が著しく上昇すると同時に、相対的に触媒の幾何学的表面積が低下するのでＮＯx の低下を招き、好ましくない。開口率が９０％を越える場合、触媒物質の厚さが相対的に低下し、ＮＯx 除去率の低下を招き好ましくない。
【００３１】
脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒の形状としては、ハニカム状が一般的であるが、ほかに、円柱状、円筒状、板状、リボン状、波板状、パイプ状等が適宜選ばれる。特に、ハニカム状等の触媒断面形状が触媒入口から出口まで同じ形状で形成されており、ダストが触媒中をす通りする形状である、いわゆるダストフリータイプの形状を有する脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒は、ダストの存在する火葬炉排ガス処理において、ダストが触媒層を通過できるので、圧力損失の増大や性能の低下も招かず円滑な操業が可能となり、好ましい結果を与える。
【００３２】
脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒を用いる際の最適温度域は、好ましくは１０〜５５０℃であり、さらに好ましくは１００〜５５０℃であり、さらにより好ましくは２００〜５５０℃であり、最も好ましくは３００〜４００℃である。温度が低すぎる場合には、活性が低く、十分な効果が得られず、排ガス中に含まれるＳＯx の被毒により触媒寿命も短くなる。他方、温度が高すぎる場合には、アンモニア酸化によってＮＯx が発生し、脱硝効率が低下、熱による劣化により触媒寿命が短くなる。
【００３３】
本発明に係る処理装置において用いる脱硝（脱臭および／または脱ダイオキシン類）触媒は、上述のように、その特徴ある触媒成分および構成により、優れた臭気成分および／またはダイオキシン類の除去効果を有する。これら両触媒層は、ともに、窒素酸化物除去効果、脱臭効果、ダイオキシン類除去効果に対する性能に優れており、特に後者の触媒層は脱臭効果により優れた性能を発揮できる。なお、例えば、より高濃度のダイオキシン類を除去する場合や、窒素酸化物や臭気成分等の有害物質をより効果的に除去したい場合には、必要に応じて、２段以上の形態をとってもよい。また、必要に応じて、アンモニアを排ガスに導入して窒素酸化物を還元する等の公知技術を本発明の実施形態に適用してもよい。
【００３４】
火葬炉排ガス処理プロセスでは、一般に、主燃焼室と再燃焼室があり、その後流側にダスト除去のための集塵機（バグフィルターまたは電気集塵機）が設置されていて、排ガスは、その後側で、煙突をへて大気に放出される。そこで、上記本発明の排ガス処理方法では、その前段工程と後段工程を、再燃焼室より後流側で行えばよい。後段工程のための手段は、ＮＯx と臭気成分の同時除去を行うための最適温度域があれば、その位置に設置することが好ましい。この最適温度域がない場合は、冷却器または昇温器を設けて、排ガスを最適温度範囲に調節してから、後段工程を行うことが好ましい。
【００３５】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
〔実施例１〜５〕
実施例１〜５の説明に先立ち、ＮＯx の濃度が短時間で急激に変動する排ガス（ＮＯx 負荷変動排ガス）について説明する。
【００３６】
ＮＯx の最高濃度、稼働途中のＮＯx 濃度の変動状況、排ガス温度、１バッチの稼働時間は、各バッチ毎に異なる。１バッチの稼働時間は、短いもので約２０分間、長いもので約９０分間であり、各バッチ毎に異なる。
火葬炉排ガスは、ＮＯx 負荷変動排ガスの一例であって、一つのバッチにおけるＮＯx 濃度と排ガス温度の変動パターンを図１に示す。
【００３７】
火葬炉排ガス中のＮＯx 濃度は、初期の５分〜１０分間で急激に最高となるが、この最高濃度は各バッチ毎に異なる。例えば、図１では現在、１００ｐｐｍとなっているが、最高濃度は高い場合で約２００ｐｐｍ、低い場合で約５０ｐｐｍである。この後、ＮＯx 濃度は、最高濃度の半分程度まで減少を示し、１５分〜２０分以降は３０〜１００ｐｐｍの間で高低変動し、約４０分〜６０分後に１バッチが終了する。
【００３８】
火葬炉排ガスの温度は、初期の１０分間で約３００℃まで急激に上昇し、その後は徐々にではあるが更に上昇を続け、約４０分後経過した時点から急激に降下し始める。排ガス温度の変動状況も、各バッチ毎に異なる。
以下のようにして、前段脱硝触媒と後段脱硝（脱臭）触媒を調製して、排ガス処理装置の前段と後段に充填した。
【００３９】
Ｔｉ、Ｓｉを８４：１６の重量割合で含む２元系複合酸化物にＶ、Ｗを含む酸化物を混合し、混練り成型し、５００℃で５〜６時間焼成してハニカム成型体触媒からなる前段脱硝触媒を得た。この前段脱硝触媒は、組成がＴｉ−Ｓｉ２元系複合酸化物：Ｖ2 Ｏ5 ：ＷＯ3 ＝８８. ０：７. ０：５. ０（重量比）であり、外形１５０角、目開き３. ２ｍｍ、肉厚０. ５ｍｍ、開口率７２％であった。
【００４０】
上記２元系複合酸化物にＶ、Ｗを含む酸化物を混合して同様に成型、焼成して得たハニカム成型体に、Ｐｄ化合物溶液を含浸担持させて、後段のハニカム状脱硝（脱臭）触媒を得た。この後段脱硝触媒は、組成がＴｉ−Ｓｉ二元系複合酸化物：Ｖ2 Ｏ5 ：ＷＯ3 ：Ｐｄ＝８７. ２５：７. ０：５. ０：０. ７５（重量比）であり、外形１５０角、目開き３. ２ｍｍ、肉厚０. ５ｍｍ、開口率７２％であった。
【００４１】
この排ガス処理装置に図１の火葬炉排ガスを通すとともに、装置入口部より還元剤としてアンモニア水を導入し、排ガス中に含まれるＮＯx と臭気成分の除去を行った。この場合、前段触媒層でのＳＶ（空間速度）は１４４００ｈ-1、後段触媒層でのＳＶは７２００ｈ-1、排ガス線速（ＬＶ）は２Ｎｍ／ｓｅｃ（空塔）とした。
【００４２】
アンモニア水の導入制御を以下のようにして行った。すなわち、初期の５分〜１０分間で示すＮＯx の最高濃度を１００ｐｐｍに固定し、このＮＯx 濃度に対する所定モル比０．５〜０．９のＮＨ3 濃度５０〜９０ｐｐｍ分に相当するアンモニア水量を算出し、このアンモニア水を運転開始から停止するまで一定注入した。つまり、制御方法を簡略化するために、制御なしの一定注入方式でアンモニア水の導入を行った。
【００４３】
触媒層出口のアンモニア濃度は、自動アンモニア分析計で連続測定し、運転中の最高濃度で示す。
ＮＯx 除去率と脱臭効率は以下のようにして測定した。
ＮＯ x 除去率の測定
ＮＯx 濃度が絶えず変動する条件下なので、触媒層入口ＮＯx 濃度と触媒層出口ＮＯx 濃度を自動ＮＯx 分析計で１秒に１回読みとる形で連続的に測定し、アンモニア水導入の開始から停止までの間の入口、出口の平均ＮＯx 濃度を求めて、下式で、ＮＯx 除去率を算出した。
【００４４】
臭気官能試験法（三点比較式臭袋法）によって、触媒層入口の排ガスと触媒層出口の排ガスを同時に捕集し、アンモニア濃度（臭気濃度）を分析して、下式で、脱臭効率を算出した。
【００４５】
最高ＮＯx 濃度 ８０〜１１０ｐｐｍ
平均ＮＯx 濃度 ５０〜６０ｐｐｍ
Ｏ2 濃度 １４〜１９％、ｄｒｙ
Ｈ2 Ｏ濃度 約１０〜１８％
ガス温度 ６０〜４３０℃（アンモニア水導入中：２００〜４３０℃）
また、実施例５においてのダイオキシン類分解率の測定結果を表２に示した。
【００４６】
【表１】
【表２】
以下では、触媒層を前段と後段に分けないで１段のみとした例を参考例として示す。
〔参考例１〕
Ｔｉ、Ｓｉを８４：１６の重量割合で含む２元系複合酸化物にＶ、Ｗを含む酸化物を混合、混練り成型し、５００℃で５〜６時間焼成してハニカム成型体触媒からなる脱硝触媒を得た。この脱硝触媒は組成がＴｉ−Ｓｉ２元系複合酸化物：Ｖ2 Ｏ5 ：ＷＯ3 ＝８８.０：７.０：５.０（重量比）であり、外形１５０ｍｍ角、目開き３.２ｍｍ、肉厚０.５ｍｍ、開口率７２％であった。この脱硝触媒を用いた図４の排ガス処理装置（触媒）に火葬炉排ガスを通煙し、排ガス中に含まれるダイオキシン類の分解除去を行った。この時の触媒層でのＳＶ（空間速度）は７２００ｈ −１ とした。その他の排ガス処理条件は以下のようであり、ダイオキシン類分解率の測定結果は表３に示す。
【００４９】
ＮＯｘ濃度 ８０〜１１０ｐｐｍ、ｄｒｙ
Ｏ2 濃度 １４〜１９％、ｄｒｙ
Ｈ2 Ｏ 約１０〜１８％
ダイオキシン類 ２.４ｎｇ-ＴＥＱ／ｍ3 （normal）
ガス温度 ４０〜４２０℃
〔参考例２〕
参考例１で得られた触媒に、Ｐｄ化合物溶液を含浸担持させ、４５０℃で５〜６時間焼成してなる脱硝触媒を得た。この脱硝触媒の組成はＴｉ−Ｓｉ２元系複合酸化物：Ｖ2 Ｏ5 ：ＷＯ3 ：Ｐｄ＝８７．２５：７.０：５.０：０.７５（重量比）であり、外形１５０ｍｍ角、目開き３.２ｍｍ、肉厚０.５ｍｍ、開口率７２％であった。この脱硝触媒を用いた排ガス処理装置（触媒）に火葬炉排ガスを通煙し、排ガス中に含まれるダイオキシン類の分解除去を行った。この時の触媒層でのＳＶ（空間速度）は７２００h −１ とした。その他の排ガス処理条件は以下のようであり、ダイオキシン類分解率の測定結果は表３に示す。
【００５０】
ＮＯｘ濃度 ８０〜１１０ｐｐｍ、ｄｒｙ
Ｏ2 濃度 １４〜１９％、ｄｒｙ
Ｈ2 Ｏ 約１０〜１８％
ダイオキシン類 １. ５ｎｇ- ＴＥＱ／ｍ3 （normal)
ガス温度 ４０〜４５０℃
【００５１】
【表３】
〔参考例３〕
設定ＮＨ3 ／ＮＯｘモル比を０．５に相当するＮＨ3 水を導入し、ＮＨ3 導入以外の、使用触媒、触媒空間速度、排ガス処理条件は参考例１と同様とした。ＮＨ3 水注入開始時の排ガス温度は１５０℃であり、注入方法は所定モル比を一定注入した。脱硝性能、脱臭性能、および、ダイオキシン類分解率の測定結果等を表４と表５に示した。
〔参考例４〕
設定ＮＨ3 ／ＮＯｘモル比を０．９に相当するＮＨ3 水を導入し、ＮＨ3 導入以外の、使用触媒、触媒空間速度、排ガス処理条件は参考例２と同様とした。ＮＨ3 水注入開始時の排ガス温度は１５０℃であり、注入方法は所定モル比を一定注入した。脱硝性能、脱臭性能、および、ダイオキシン類分解率の測定結果等を表４と表５に示した。
【００５３】
【表４】
【表５】
【発明の効果】
本発明にかかる排ガスの処理装置は、ＮＯx を含み、ＮＯx 濃度と温度が短時間で急激に変動する、火葬炉排ガスを処理する際におけるＮＯx 除去効率の大幅な向上と臭気成分および／またはダイオキシン類の充分な除去を可能とする。
そして、本発明によれば、上記ＮＯx 除去の際におけるアンモニア量制御が、たとえば、一定注入方法で行うことができ、複雑で高度な制御を必要とせず、容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１で用いた火葬炉排ガスのＮＯx 濃度と排ガス温度の経時変化を示すグラフである。
【図２】 実施例１で用いた前段脱硝触媒入口ＮＯx 濃度と後段脱硝触媒出口ＮＯx 濃度の経時変化を示すグラフである。
【図３】 本発明の排ガス処理装置の一例の概略図である。
【図４】 本発明の参考例として示す排ガス処理装置の一例の概略図である。
Claims (3)
- 窒素酸化物を含み、その濃度と温度が短時間で急激に変動する排ガスを処理する装置であって、前記排ガスを処理するための脱硝触媒層を前段と後段に備えているとともに、前記排ガスが窒素酸化物のほかに臭気成分および／またはダイオキシン類をも含む火葬炉排ガスであり、排ガスを処理する際にアンモニアを導入して、下記に示す前段の脱硝触媒で前記窒素酸化物を還元処理したあと下記に示す後段の脱硝触媒で未反応の窒素酸化物を未反応のアンモニアで還元処理するとともに、前記前段および／または後段の脱硝触媒により前記排ガス中の臭気成分およびダイオキシン類の除去処理をも同時に行うことを特徴とする、排ガスの処理装置。
前段の脱硝触媒：下記のＡ成分とＢ成分を混合、焼成して得られる触媒。
Ａ成分：バナジウム、タングステンおよびモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｂ成分：チタン、ケイ素およびジルコニウムから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
後段の脱硝触媒：下記のＡ成分とＢ成分を混合、焼成して得られた担体触媒に下記のＣ成分および／またはＤ成分を担持させてなる触媒。
Ａ成分：バナジウム、タングステンおよびモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｂ成分：チタン、ケイ素およびジルコニウムから選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物。
Ｃ成分：白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムから選ばれる少なくとも１種の貴金属および／またはその化合物。
Ｄ成分：銅、鉄、マンガン、クロム、コバルト、セリウムおよびニッケルから選ばれる少なくとも１種の金属および／またはその化合物。 - 主燃焼室と再燃焼室を備えた火葬炉から出る排ガスの処理装置であって、前記再燃焼室の後流側に１０〜５５０℃の温度領域を備えるとともに、この温度領域において請求項１に記載の装置をさらに備えていることを特徴とする、排ガス処理装置。
- 前記窒素酸化物の濃度が５分間に５０ｐｐｍ以上変動する、請求項１または２に記載の排ガスの処理装置。
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